工学第十章直流稳压电源.pptx
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1、第十章第十章 直流稳压电源直流稳压电源第十章第十章 直流稳压电源直流稳压电源10.1 10.1 小功率整流滤波电路小功率整流滤波电路10.2 10.2 串联反馈式稳压电路串联反馈式稳压电路 电源变压器电源变压器:将交流电网电压将交流电网电压v1变为合适的交流电压变为合适的交流电压v2。整整 流流 电电 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路v1v2v3v4vo整整 流流 电电 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路整流电路整流电路:将交流电压将交流电压v2变为脉动的直流电压变为脉动的直流电压v3。滤波电路滤波电路:将脉动直流电压将脉动直流电压v3转变为平滑的直流电转变为平滑
2、的直流电压压v4。稳压电路稳压电路:清除电网波动及负载变化的影响清除电网波动及负载变化的影响,保持输保持输出电压出电压vo的稳定。的稳定。直流稳压电源的组成和功能直流稳压电源的组成和功能整流电路的任务:整流电路的任务:把交流电压转变为直流脉动的把交流电压转变为直流脉动的电压。电压。10.1 小功率整流滤波电路小功率整流滤波电路常见的小功率整流电路,有单相半波、全波、常见的小功率整流电路,有单相半波、全波、桥式和倍压整流等。桥式和倍压整流等。为分析简单起见,把二极管当作理想元件处理,即为分析简单起见,把二极管当作理想元件处理,即二极管的正向导通电阻为零,反向电阻为无穷大。二极管的正向导通电阻为零
3、,反向电阻为无穷大。10.1.1 单相整流电路单相整流电路10.1.1单相半波整流电路的工作原理单相半波整流电路的工作原理v2 0 时,二极管时,二极管导通。导通。iLv1v2aTbDRLvo忽略二极管正忽略二极管正向压降:向压降:vo=v2v1v2aTbDRLvoiL=0v20 时时D1,D3导通导通D2,D4截止截止电流通路电流通路:A D1RLD3Bv20 时时D2,D4导通导通D1,D3截止截止电流通路电流通路:B D2RLD4A输出是脉动的直流电压!输出是脉动的直流电压!v2桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形vD4,vD2vD3,vD1vov
4、2D4D2D1D3RLvoAB几种常见的硅整流桥外形:几种常见的硅整流桥外形:+A C -+-+-1.整流输出电压平均值(整流输出电压平均值(Vo)全波整流时,负载电压全波整流时,负载电压 Vo的平均值为的平均值为:负载上的负载上的(平均平均)电流电流:一、整流输出电压的平均值与脉动系数一、整流输出电压的平均值与脉动系数整流输出电压的平均值整流输出电压的平均值Vo和输出电压的脉动系数和输出电压的脉动系数S是是衡量整流电路性能的两个主要指标。衡量整流电路性能的两个主要指标。()=ooV.tdvV2029021wLLRV.I290=2.负载上的直流电压负载上的直流电压VL和直流电流和直流电流IL的
5、计算的计算 S定义:定义:整流输出电压的基波峰值整流输出电压的基波峰值Vo1m与平均值与平均值Vo之之比。比。脉动系数脉动系数用傅氏级数对全波整流的输出用傅氏级数对全波整流的输出 vo 分解后可得分解后可得:)6cos3544cos1542cos342(22LtttVvowpwwwpp-=6703222324221.VVVVSomo=平均电流平均电流(ID)与反向峰值电压与反向峰值电压(VRM)是选择整流管的是选择整流管的主要依据。主要依据。例如:例如:在桥式整流电路中,每个二极管只有半周在桥式整流电路中,每个二极管只有半周导通。因此,流过每只整流二极管的平均电导通。因此,流过每只整流二极管的
6、平均电流流 ID 是负载平均电流的一半。是负载平均电流的一半。二极管截止时两端承受的最大反向电压:二极管截止时两端承受的最大反向电压:3.整流元件参数的计算整流元件参数的计算LoDRV.II245021=22VVRM=10.1.2 10.1.2 滤波电路滤波电路滤波电路的结构特点滤波电路的结构特点:电容与负载电容与负载 RL 并联,或并联,或电感与负载电感与负载RL串联。串联。交流交流电压电压脉动脉动直流电压直流电压整流整流滤波滤波直流直流电压电压原理:原理:利用储能元件利用储能元件电容电容两端的电压两端的电压(或通过或通过电电感感中的电流中的电流)不能突变的特性不能突变的特性,滤掉整流电滤掉
7、整流电路输出电压中的交流成份,保留其直流成路输出电压中的交流成份,保留其直流成份,达到平滑输出电压波形的目的。份,达到平滑输出电压波形的目的。1.1.电容滤波电路电容滤波电路以单向桥式整流电容滤波为例进行分析,以单向桥式整流电容滤波为例进行分析,其电路如图所示。其电路如图所示。一、滤波原理一、滤波原理桥式整流、电容滤波电路桥式整流、电容滤波电路av1v2v1bD4D2D1D3RLvoSC+(1).RL未接入时未接入时(忽略整流电路内阻忽略整流电路内阻)v2tvot设设t1时刻接时刻接通电源通电源t1整流电路为整流电路为电容充电电容充电充电结束充电结束没有电容没有电容时的输出时的输出波形波形av
8、1v2v1bD4D2D1D3RLvoSC+(2).RL接入(且接入(且RLC较大)时较大)时 (忽略整流电路内阻忽略整流电路内阻)v2tvot电容通过电容通过RL放电,放电,在整流电路电压小在整流电路电压小于电容电压时,二于电容电压时,二极管截止,整流电极管截止,整流电路不为电容充电,路不为电容充电,vo会逐渐下降。会逐渐下降。av1v2v1bD4D2D1D3RLvoSC+v2tvot只有整流电路输出只有整流电路输出电压大于电压大于vo时,才时,才有充电电流有充电电流iD。因。因此整流电路的输出此整流电路的输出电流是脉冲波。电流是脉冲波。整流电路的整流电路的输出电流输出电流iDav1v2v1b
9、D4D2D1D3RLvoSC+iD可见,采用电容滤可见,采用电容滤波时,整流管的导波时,整流管的导通角较小。通角较小。v2tvot电容充电时,电容电容充电时,电容电压滞后于电压滞后于v2。整流电路的整流电路的输出电流输出电流RLC越小,输出电越小,输出电压越低。压越低。(3).RL接入(且接入(且RLC较小)时较小)时 (考虑整流电路内阻考虑整流电路内阻)av1v2v1bD4D2D1D3RLvoSC+一般取一般取(T:电源电压的周期电源电压的周期)近似估算近似估算:Vo=1.2V2。(1)流过二极管瞬时电流很大。流过二极管瞬时电流很大。故一般选管时,取故一般选管时,取3.3.电容滤波电路的特点
10、电容滤波电路的特点(2)输出电压输出电压 Vo与放电时间常数与放电时间常数 RLC 有关。有关。RLC 愈大愈大 电容器放电愈慢电容器放电愈慢 Vo(平均值平均值)愈大愈大LoLDFRVII21)43(2)43(=输出波形随负载电阻输出波形随负载电阻 RL 或或 C 的变化而改变的变化而改变,Vo 和和S 也随之改变。也随之改变。如如:RL 愈小愈小(IL 越大越大),Vo下降多下降多,S 增大。增大。结论:结论:电容滤波电路适用于输出电压较高,负载电流电容滤波电路适用于输出电压较高,负载电流较小且负载变动不大的场合。较小且负载变动不大的场合。(3)输出特性输出特性(外特性外特性)vo电容滤波
11、电容滤波纯电阻负载纯电阻负载1.4V20.9V20IL其他形式的滤波电路其他形式的滤波电路改善滤波特性的方法:改善滤波特性的方法:采取多级滤波。如:采取多级滤波。如:L-C 型滤波电路:型滤波电路:在电感滤波后面再接一电容。在电感滤波后面再接一电容。RC 型滤波电路:型滤波电路:在电容滤波后再接一级在电容滤波后再接一级RC滤滤波电路。波电路。性能及应用场合分别与电容滤波和电感滤波相似。性能及应用场合分别与电容滤波和电感滤波相似。LC 型滤波电路:型滤波电路:在电容滤波后面再接在电容滤波后面再接L-C 型型滤波电路。滤波电路。1)电感滤波电感滤波电路结构电路结构:在桥式整流电路与负载间串入一电感
12、在桥式整流电路与负载间串入一电感L就构成了电感滤波电路。就构成了电感滤波电路。电感滤波电路电感滤波电路v2v1RLLvo一、滤波原理一、滤波原理对直流分量对直流分量:XL=0 相当于短路相当于短路,电压大部分降在电压大部分降在RL上。上。对谐波分量对谐波分量:f 越高,越高,XL 越大越大,电压大部分降在电压大部分降在XL上。上。因此,在输出端得到比较平滑的直流电压。因此,在输出端得到比较平滑的直流电压。Vo=0.9V2当忽略电感线圈的直流电阻时,输出平均电压当忽略电感线圈的直流电阻时,输出平均电压约为:约为:v2v1RLLvo二、电感滤波的特点二、电感滤波的特点整流管导电角较大,峰值电流很小
13、,输出特整流管导电角较大,峰值电流很小,输出特性比较平坦,适用于低电压大电流性比较平坦,适用于低电压大电流(RL较小较小)的场的场合。缺点是电感铁芯笨重,体积大,易引起电磁合。缺点是电感铁芯笨重,体积大,易引起电磁干扰。干扰。v2v1RLLvovoRv2v1C1C2vo1RL2)RC 型滤波电路型滤波电路设设uo1的直流分量为的直流分量为VO,交流分量的基波的幅值,交流分量的基波的幅值为为VO1m,则:,则:vo的直流分量:的直流分量:voRv2v1C1C2vo1RLuo的交流分量的基波的幅值:的交流分量的基波的幅值:通常选择滤波元件的参数使得:通常选择滤波元件的参数使得:uo的脉动系数的脉动
14、系数S与与uo1的脉动系数的脉动系数S的关系:的关系:3)L-C 型滤波电路型滤波电路u2u1LuoCRLuo1设设uo1的直流分量为的直流分量为UO,交流分量的基波的幅值,交流分量的基波的幅值为为UO1m,:,:通常选择滤波元件的参数使得:通常选择滤波元件的参数使得:uo的脉动系数的脉动系数S与与uo1的脉动系数的脉动系数S的关系:的关系:4)LC 型滤波电路型滤波电路v2v1LvoC2RLvo1C1显然,显然,LC 型滤波电路输出电压的脉动系数型滤波电路输出电压的脉动系数比只有比只有LC滤波时更小,滤波时更小,波形更加平滑波形更加平滑;由于;由于在输入端接入了电容,因而较只有在输入端接入了
15、电容,因而较只有LC滤波时,滤波时,提高了输出电压提高了输出电压。请自行分析请自行分析LC 型滤波电路的输出电压和脉动系型滤波电路的输出电压和脉动系数等基本参数。数等基本参数。10.3.110.3.1倍压整流电路的工作原理倍压整流电路的工作原理1.1.二倍压整流电路二倍压整流电路负载上的电压:负载上的电压:+v1v2+D1C2C1D2voRLv2的正半周时:的正半周时:D1导通,导通,D2截止,理截止,理想情况下,电容想情况下,电容C1的电压充到:的电压充到:22Vv2的负半周时:的负半周时:D2导通,导通,D1截止,理截止,理想情况下,电容想情况下,电容C2的电压充到:的电压充到:22V22
16、2Vvo=+2.2.多倍压整流电路多倍压整流电路+C1v1v2D1D2D3D4D5D6C3C5C2C4C6v2的第一个正半周:的第一个正半周:v2、C1、D1构成回路,构成回路,C1充充电到:电到:22Vv2的第一个负半周:的第一个负半周:u2、C2、D2、C1构成回路,构成回路,C2充电到:充电到:222V+C1u1u2D1D2D3D4D5D6C3C5C2C4C6u2的第二个正半周:的第二个正半周:u2、C1、C3、D3、C2构成回构成回路,路,C1补充电荷,补充电荷,C3充电到:充电到:u2的第二个负半周:的第二个负半周:u2、C2、C4、D4、C3、C1构构成回路,成回路,C2补充电荷,
17、补充电荷,C4充电到:充电到:把电容接在相应电容组的两端,即可获把电容接在相应电容组的两端,即可获得所需的多倍压直流输出。得所需的多倍压直流输出。VIVO电路:电路:(1)(1)输入电压变化时输入电压变化时(2)(2)负载电流变化时负载电流变化时 ILIRVRVZ(VO)IZIRVRVOVOVRIRIZVZ硅稳压管稳压电路硅稳压管稳压电路V Vo oI IZ ZDZRI IL LRLI IR R+-V VR R+-+-V VI I稳压电阻的计算稳压电阻的计算稳压性能与稳压性能与动态电阻动态电阻、稳压电阻稳压电阻R有关有关稳压管的动态电阻越小,稳压电阻稳压管的动态电阻越小,稳压电阻R越大越大,稳
18、压性能越好。稳压性能越好。稳压电阻稳压电阻R 的作用的作用电压调节、限流电压调节、限流V Vo oI IZ ZDZRI IL LRLI IR R+-V VR R+-+-V VI I稳压电阻稳压电阻的计算如的计算如下:下:I Izminzmin:当当输入电压最小输入电压最小,负载电流最大负载电流最大时时 I Izmaxzmax:当当输入电压最大输入电压最大,负载电流最小负载电流最小时时(1)(1)(2)(2)V Vo oI IZ ZDZRI IL LRLI IR R+-V VR R+-+-V VI I基准源基准源基准源基准源 一般是指击穿电压十分稳定,电压一般是指击穿电压十分稳定,电压温度系数经
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